Rosnąca potrzeba precyzyjnej analizy skóry wynika m.in. z postępów w diagnostyce, dermatologii oraz kosmetologii. Elektrochemiczne metody pomiarowe, które wykorzystują przepływ prądu elektrycznego do badania reakcji chemicznych i właściwości związków, oferują wysoką czułość i dokładność, często przewyższając standardowe techniki analityczne. Nie wymagają przy tym stosowania toksycznych rozpuszczalników, co umożliwia ich implementację w postaci elastycznych czujników skórnych.

Metody elektrochemiczne w badaniach skóry:

* spektroskopia impedancyjna (EIS) – nieinwazyjna technika oparta na przyłożeniu małego sygnału prądu zmiennego (np. 10 Hz–100 kHz) do badanej okolicy skóry i pomiarze uzyskanej impedancji; skóra jest modelowana jako układ równoległych i szeregowych elementów rezystancyjno-pojemnościowych, a zmiany impedancji odzwierciedlają stan bariery skórnej, np. wzrost zawartości wody w warstwie rogowej powoduje wzrost przewodności i spadek impedancji, co pozwala ocenić stopień nawilżenia skóry; EIS jest szeroko stosowana w dermatologii – zmierzone wartości impedancji pozwalają różnicować zmiany nowotworowe skóry (przykładowo techniki impedancyjne umożliwiają odróżnienie zmian złośliwych od łagodnych i wykrycie wczesnych ognisk raka skóry);

* woltamperometria i amperometria – metody oparte na pomiarze prądu generowanego podczas elektrochemicznej reakcji redoks badanego analitu; często wykorzystuje się enzymatyczne elektrody amperometryczne, takie jak glukoza, które są oznaczane przez utlenianie enzymatyczne i pomiar prądu wskazującego na zachodzące reakcje utleniania; woltamperometria natomiast umożliwia jednoczesne wykrywanie śladowych jonów metali (Cu, Zn, Pb itp.) w pocie czy też leków i metabolitów obecnych w skórze człowieka;

* potencjometria i czujniki jonoselektywne – techniki polegające na mierzeniu różnicy potencjałów elektrody pomiarowej względem odniesienia przy zerowym prądzie; pozwalają na selektywne oznaczanie jonów, takich jak Na⁺, K⁺, Ca²⁺, NH₄⁺, oraz pH w pocie czy płynach międzykomórkowych.

Nowoczesne elektrody i nanomateriały – materiały elektrochemiczne przystosowane do kontaktu ze skórą

Elektrochemiczne metody mają wiele praktycznych zastosowań w medycynie i kosmetologii. W dermatologii EIS stosuje się do oceny stanu bariery i diagnozowania chorób skóry, np. pomiary impedancji pozwalają obiektywnie określić nasilenie zmian w AZS (atopowym zapaleniu skóry), a techniki impedancyjne wykorzystywane są do wykrywania wczesnych zmian nowotworowych skóry. W kosmetologii pomiar impedancji i pojemności skóry służy do oceny jej nawilżenia (większe nawodnienie powoduje spadek impedancji) oraz funkcjonalności bariery naskórka, co pomaga w ocenie skuteczności kosmetyków pielęgnacyjnych. W diagnostyce medycznej elektrochemiczne sensory potu umożliwiają ciągły, nieinwazyjny monitoring biomarkerów, np. zawartości elektrolitów (Na⁺, K⁺, Cl⁻) czy metabolitów (glukozy, mleczanu, alkoholu) w pocie podczas aktywności fizycznej. Dane te dostarczają informacji o stanie nawodnienia, równowadze kwasowo-zasadowej i metabolizmie organizmu. W farmacji elektrochemiczne techniki służą do badania przenikalności substancji leczniczych przez skórę oraz kontrolowania procesu uwalniania leku z nośników transdermalnych. Wszystkie te zastosowania opierają się o czujniki elektrochemiczne.

Wyzwania i kierunki rozwoju: 

* stabilność kontaktu elektrody-skóra – ruchy ciała, pocenie się i ciągłe złuszczanie warstwy rogowej powodują niestabilność pomiarów; warstwa rogowa odnawia się co około dwa tygodnie, co powoduje, że zapewnienie długotrwałego, powtarzalnego kontaktu elektrod ze zmieniającą się powierzchnią skóry pozostaje wyzwaniem;

* materiały i budowa czujnika – urządzenia pracujące bezpośrednio ze skórą muszą być elastyczne, rozciągliwe i oddychające, aby dopasować się do mikrostruktur skóry i odprowadzać pot; badane są m.in. polimerowe przewody z nanorurkami węglowymi czy grafenem, które poprawiają przewodność i odporność na rozciąganie;

* zasilanie – dotychczasowe rozwiązania elektryczne (okablowanie, baterie) utrudniają ciągłe monitorowanie; ze względu na to intensywnie rozwija się bezprzewodowe zasilanie (np. elastyczne ogniwa słoneczne, moduły NFC); kluczowe jest także integrowanie układów zasilających w małą formę urządzenia oraz zabezpieczenie transmisji danych, co stanowi wyzwanie inżynieryjne;

* kalibracja i selektywność – wyniki pomiarów są wrażliwe na różnice indywidualne (grubość naskórka, stężenie pocenia, pH skóry) i zakłócenia (np. elektrody asymetryczne);

* integracja sensorów i analiza danych – przyszłe systemy będą łączyły różne czujniki elektrochemiczne z inteligentnym przetwarzaniem sygnału; planowane są również integracje z technikami uczenia maszynowego i wbudowane algorytmy diagnostyczne, co pozwoli na bieżącą interpretację sygnałów biomedycznych; równolegle rozwijane są technologie do zarządzania poceniem oraz samoograniczone źródła zasilania (np. mikroogniwa paliwowe).

Podsumowanie

Elektrochemiczne metody badania skóry stanowią obiecującą i nieinwazyjną technologię diagnostyki i oceny właściwości naskórka. Połączenie metod, takich jak EIS, woltamperometria, amperometria i potencjometria, z zaawansowanymi materiałami, np. mikroelektrodami czy nanostrukturami, umożliwia realizację czułych i szybkich pomiarów fizjologicznych na skórze. Największym wyzwaniem pozostaje jednak przejście od prototypów badawczych do powszechnie dostępnych systemów – wymaga to dalszego rozwoju materiałów o wysokiej biokompatybilności i trwałości, integracji energooszczędnej elektroniki oraz walidacji klinicznej metod. Przyszłość tej dziedziny to zaawansowane, wieloczujnikowe platformy intelektualne (połączone z AI i technologiami wearable) zdolne do ciągłego monitoringu kondycji skóry i ogólnego stanu zdrowia pacjenta.